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摘要：本文结合某船舶实例，对船舶电站PLC/PMS网络控制技术展开了研究，对船舶电站管理系统的组成进行了介绍，分析了船舶电站PMS系统通信功能及其自动功能的实现，以期能为有关需要提供参考。
关键词：船舶电站；PLC；PMS
引言
随着电子信息技术的快速发展以及船舶自动化要求的日益提高，船舶自动化控制技术得到了迅猛的发展。其中，船舶功率管理系统PMS集监控和管理于一体，能够实现船舶设备用电的统一调度和控制，得到了广泛的应用。基于此，笔者对船舶电站PLC/PMS网络控制技术进行了分析。
1.船舶电站管理系统的组成
1.1 电站的简要组成
某型船舶设前、后2个电站，每个电站各有1个主配电板，分别由柴油发电机组控制屏、负载配电屏、空调配电屏和跨接负载屏等单元组成。前、后电站各含有3台发电机组，前、后主配电板间设2个跨接开关；前、后主配电板各设1个岸电开关，停靠码头时岸电可以通过岸电开关向前、后主配电板供电。该组成不但节约了能源，也节约了人力成本。本配电板装有配电监测系统及绝缘监测报警系统各1 套。
1.2 功率管理系统组成
船舶功率管理系统（PMS）由1套独立的西门子S7-300PLC、6台组Symap-ECG 电站管理模块、1台Symap-F 电站管理模块、2台工业平板电脑组成，安装在前、后主配电板、应急配电板及集控台中。PMS还包含2个LCD液晶屏和2台计算机工作站，安装在中央集控台上，用于远程监控。上层控制网络由PC上位机和监控屏组成，前、后电站底层控制网络由可编程序控制器（PLC）与若干台控制发电机组的PMS组成。
（1）PC上位机界面。系统采用RS485及网络通信，从配电板内PLC采集模块将信号通过现场通信传送至集控台计算机工作站，PC上位机界面可以访问监控界面，实现参数查看和功能操作。
（2）监控屏。集控室的LCD液晶监控屏能够实时显示电网的运行状态，对各设备进行监控，对故障及时给出报警。
（3）PLC/PMS网络组成。电站底层控制系统及功率管理系统共同构成PLC/PMS控制系统网络。PLC/PMS管理系统及弱电网络可以实现实时、可靠的通信控制功能、PMS及PLC在控制功能上的互补协作，使电站能够实现高度自动化并有效可靠地运行[3]。
2.PMS的控制原理
船舶电站自动化的管理包括船舶电网的发配电、电能管理及驱动控制等，本文的船舶双电站自动化控制系统包括电站的配电板、发电机运行的控制系统、PMS及驱动系统，其中PMS由控制系统通过电站的配电板实现对船舶电能的集中分配，并且可以通过发电机的控制系统对发电机转速及其运行状态进行直接控制，进而调节电网频率，分配船舶电站的运行负荷，并且对相应无关的船舶大功率负荷进行功率限制，从而保证船舶电网的供电质量。
在船舶双电站控制系统结构中，底层的控制是由S7-300型号的PLC与PMS通过总线连接组成的控制系统网络，即构成了PLC/PMS的控制网络。其中，PLC为控制系统的主站，PMS为控制系统的从站，主站的PLC在各扫描周期内通过总线对PMS进行读写，从而可以实现数据共享。此外，在电站管理系统的运行管理过程中，PLC与PMS间存在着控制信号联系。PMS分别控制6台柴油发电机组DG1～DG6的运行过程，在实现发电机组的控制功能和保护功能的同时，PMS还采集发电机的实时参数，之间的信号传输是通过机旁控制箱接口来实现的。PMS将发电机实时参数通过总线与PLC共享，PLC以得到的实时参数为基础，通过控制系统实现对船舶电站的逻辑控制。PLC作为主站，还与上层监测报警计算机相连，可以实现对电站运行情况的监控与管理。
在PLC/PMS控制系统中，PLC与PMS可以互补协作。PMS的功能是实现发电机组和电网参数的监测、保护及发电机组同步控制。PMS 是控制性能较好的功率管理控制装置，可以更好的对发电机组进行控制和保护，确保发电机组的稳定运行。而PLC具有较强的逻辑控制功能，可以实现船舶电站的逻辑控制，并实现主站与从站的PMS通信。
3.PMS系统通信功能分析
3.1 通信系统组成
本文PMS系统主要包括PC上位机、监控屏、PLC、6台发电机并联运行的电站管理模块Symap及其柴油发电机组。各PLC和Symap电站管理模块联合控制的示意图如图1所示。
3.2 通信功能实现
双电站管理系统：1）1台独立的西门子S7-300型号PLC作为自动控制中心，实现对配电板开关的远程控制；2）5组PLC进行数据信号的采集和输出，位置分别位于前主配电板（1组）、后主配电板（2组）、应急配电板（1组）和集控室（1組）；3）6台组Symap-ECG、1台Symap-F、2台12in（1in=2.54cm）的工业平板电脑（一体机）和2台计算机工作站等，其中，6台Symap-ECG 分别控制1台发电机组，1台Symap-F用来控制前后电站的跨接开关。具体结构如图2所示。
PMS具有遥控起、停6台主发电机的功能，负责2台主配电板的功率监视、功率调配、过载预警、过载报警和过载保护。PMS具有主发电机电站监视和电站自动化控制功能，满足切换侧推等大功率用电设备供电的功能要求，并确保主发电机组在负荷允许范围内正常运行。
PMS同时具备常规配电板的功能，如调频调载控制、自动并车过程控制、解列过程控制、失压保护、过载保护、短路保护和运行状况监控等。
PMS可以实现对主发电机的监视和对电站的自动化控制。
4.PMS管理系统自动功能实现
PMS的计算机工作站有2台，安装在中央控制室的集控台上，互为备用。系统提供图形化的监测界面，实时显示电网运行状态和报警状态。PLC采集模块与PMS系统计算机工作站之间通过现场通信总线进行数据传输和交换。相关的状态和报警数据可通过计算机网络上传至平台数据库系统。 4.1 自动加减机功能
PMS根据船舶在不同运行状态下的功率配置、船舶运行安全以及设备运行功耗计算主发电机负荷，自动加载或解列主发电机，确保全船电网安全运行。当有N台发电机并网运行时，自动减机点为电网负荷低于（N-1）台发电机额定负荷的70%，自动加机点为电网负荷高于N台发电机额定功率的80%。若无发电机可加载，全船电网负荷已经达到在网功率的90%时，进行自动分级卸载辅助设备。电网允许最大在网发电机数不超4台（可以短時5台并联运行），且在自动控制模式下，不出现单电站3台发电机长期并联供电的情况。
4.2 自动保护功能
PMS主要实现柴油发电机组和船舶电网参数的监测、发电机组运行管理的同步控制及负荷分配与转移。PMS 在运行管理过程中，采集了发电机的电压、电流信号以及电站汇流排的电压信号，系统需要的其他参数则是通过PMS计算程序计算得到。
控制系统经过参数的设置、采集和计算，可以实现对机组的保护与同步合闸控制。机组的控制功能和保护功能由PMS程序控制实现。通过把采集到的参数（或计算得到的参数）与设定值进行比较，若参数超出设定范围，则发出相应的控制和保护信号，从而使系统更加稳定可靠。
为保证船舶电网供电的连续性和可靠性，控制系统可以实现备用机组的控制启动，在以下任一情况下，发电机组将会被PLC启动：1）主电网突然失电；2）在网运行机组出现过载，当单机负荷超过柴油机额定值的85%且持续30s；3）重载询问时在网运行的机组功率不足；4）在网运行的发电机组出现电压/频率异常。多机组在网运行时，若有机组出现故障，PLC会先启动分级卸载程序，卸载后PLC启动PMS的P/F控制，而后由PMS控制故障机组负荷转移；若机组单机功率低于其额定功率的30%，PLC将根据备机顺序决定解列备机优先级最高的机组（最早入网的）而后通知PMS负荷转移。被解列机组负荷为其额定功率的5%时，PLC控制其分闸。机组从电网解列后，若机组存在故障，则PLC立即控制其停机；若无故障，其主开关处于分闸状态且连续5min无合闸信号，PLC将控制其自动停机。
4.3 应急起停功能
在应急配电板中安装了一个PLC采集模块，用于采集应急配电板中跨接开关和主开关的合闸状态。通常情况下，应急配电板通过联络开关由主配电板供电。在主汇流排失电的情况下，应急配电板联络开关应自动断开。如果主配电板中的备用主发电机组仍没有向主汇流排供电，应急发电机在45s内将自动启动并合闸向应急配电板供电。当主汇流排恢复供电时，应急发电机分闸，同时应急配电板与主配电板之间的联络开关自动合闸。5min后，若供电稳定，应急发电机将自动停车。
5.结论
综上所述，船舶电站控制技术水平的高低关系到船舶电站的安全运行以及船舶供电的可靠性和稳定性。因此，需要积极探索船舶电站的控制技术，提高船舶电站控制的自动化水平，从而确保船舶的安全运行。本文介绍了船舶电站PLC/PMS网络控制技术，该技术具有良好的安全性和可靠性，可在船舶电站中推广应用。
参考文献：
[1]船舶电站功率自动控制系统的设计[J].康小伟.科技与创新.2016（12）
[2]船舶电站功率管理系统（PMS）的软件设计[J].李金成，周泊龙，孙中岳，薛彩霞.电子设计工程.2016（23）
关键词：船舶电站；PLC；PMS
引言
随着电子信息技术的快速发展以及船舶自动化要求的日益提高，船舶自动化控制技术得到了迅猛的发展。其中，船舶功率管理系统PMS集监控和管理于一体，能够实现船舶设备用电的统一调度和控制，得到了广泛的应用。基于此，笔者对船舶电站PLC/PMS网络控制技术进行了分析。
1.船舶电站管理系统的组成
1.1 电站的简要组成
某型船舶设前、后2个电站，每个电站各有1个主配电板，分别由柴油发电机组控制屏、负载配电屏、空调配电屏和跨接负载屏等单元组成。前、后电站各含有3台发电机组，前、后主配电板间设2个跨接开关；前、后主配电板各设1个岸电开关，停靠码头时岸电可以通过岸电开关向前、后主配电板供电。该组成不但节约了能源，也节约了人力成本。本配电板装有配电监测系统及绝缘监测报警系统各1 套。
1.2 功率管理系统组成
船舶功率管理系统（PMS）由1套独立的西门子S7-300PLC、6台组Symap-ECG 电站管理模块、1台Symap-F 电站管理模块、2台工业平板电脑组成，安装在前、后主配电板、应急配电板及集控台中。PMS还包含2个LCD液晶屏和2台计算机工作站，安装在中央集控台上，用于远程监控。上层控制网络由PC上位机和监控屏组成，前、后电站底层控制网络由可编程序控制器（PLC）与若干台控制发电机组的PMS组成。
（1）PC上位机界面。系统采用RS485及网络通信，从配电板内PLC采集模块将信号通过现场通信传送至集控台计算机工作站，PC上位机界面可以访问监控界面，实现参数查看和功能操作。
（2）监控屏。集控室的LCD液晶监控屏能够实时显示电网的运行状态，对各设备进行监控，对故障及时给出报警。
（3）PLC/PMS网络组成。电站底层控制系统及功率管理系统共同构成PLC/PMS控制系统网络。PLC/PMS管理系统及弱电网络可以实现实时、可靠的通信控制功能、PMS及PLC在控制功能上的互补协作，使电站能够实现高度自动化并有效可靠地运行[3]。
2.PMS的控制原理
船舶电站自动化的管理包括船舶电网的发配电、电能管理及驱动控制等，本文的船舶双电站自动化控制系统包括电站的配电板、发电机运行的控制系统、PMS及驱动系统，其中PMS由控制系统通过电站的配电板实现对船舶电能的集中分配，并且可以通过发电机的控制系统对发电机转速及其运行状态进行直接控制，进而调节电网频率，分配船舶电站的运行负荷，并且对相应无关的船舶大功率负荷进行功率限制，从而保证船舶电网的供电质量。
在船舶双电站控制系统结构中，底层的控制是由S7-300型号的PLC与PMS通过总线连接组成的控制系统网络，即构成了PLC/PMS的控制网络。其中，PLC为控制系统的主站，PMS为控制系统的从站，主站的PLC在各扫描周期内通过总线对PMS进行读写，从而可以实现数据共享。此外，在电站管理系统的运行管理过程中，PLC与PMS间存在着控制信号联系。PMS分别控制6台柴油发电机组DG1～DG6的运行过程，在实现发电机组的控制功能和保护功能的同时，PMS还采集发电机的实时参数，之间的信号传输是通过机旁控制箱接口来实现的。PMS将发电机实时参数通过总线与PLC共享，PLC以得到的实时参数为基础，通过控制系统实现对船舶电站的逻辑控制。PLC作为主站，还与上层监测报警计算机相连，可以实现对电站运行情况的监控与管理。
在PLC/PMS控制系统中，PLC与PMS可以互补协作。PMS的功能是实现发电机组和电网参数的监测、保护及发电机组同步控制。PMS 是控制性能较好的功率管理控制装置，可以更好的对发电机组进行控制和保护，确保发电机组的稳定运行。而PLC具有较强的逻辑控制功能，可以实现船舶电站的逻辑控制，并实现主站与从站的PMS通信。
3.PMS系统通信功能分析
3.1 通信系统组成
本文PMS系统主要包括PC上位机、监控屏、PLC、6台发电机并联运行的电站管理模块Symap及其柴油发电机组。各PLC和Symap电站管理模块联合控制的示意图如图1所示。
3.2 通信功能实现
双电站管理系统：1）1台独立的西门子S7-300型号PLC作为自动控制中心，实现对配电板开关的远程控制；2）5组PLC进行数据信号的采集和输出，位置分别位于前主配电板（1组）、后主配电板（2组）、应急配电板（1组）和集控室（1組）；3）6台组Symap-ECG、1台Symap-F、2台12in（1in=2.54cm）的工业平板电脑（一体机）和2台计算机工作站等，其中，6台Symap-ECG 分别控制1台发电机组，1台Symap-F用来控制前后电站的跨接开关。具体结构如图2所示。
PMS具有遥控起、停6台主发电机的功能，负责2台主配电板的功率监视、功率调配、过载预警、过载报警和过载保护。PMS具有主发电机电站监视和电站自动化控制功能，满足切换侧推等大功率用电设备供电的功能要求，并确保主发电机组在负荷允许范围内正常运行。
PMS同时具备常规配电板的功能，如调频调载控制、自动并车过程控制、解列过程控制、失压保护、过载保护、短路保护和运行状况监控等。
PMS可以实现对主发电机的监视和对电站的自动化控制。
4.PMS管理系统自动功能实现
PMS的计算机工作站有2台，安装在中央控制室的集控台上，互为备用。系统提供图形化的监测界面，实时显示电网运行状态和报警状态。PLC采集模块与PMS系统计算机工作站之间通过现场通信总线进行数据传输和交换。相关的状态和报警数据可通过计算机网络上传至平台数据库系统。 4.1 自动加减机功能
PMS根据船舶在不同运行状态下的功率配置、船舶运行安全以及设备运行功耗计算主发电机负荷，自动加载或解列主发电机，确保全船电网安全运行。当有N台发电机并网运行时，自动减机点为电网负荷低于（N-1）台发电机额定负荷的70%，自动加机点为电网负荷高于N台发电机额定功率的80%。若无发电机可加载，全船电网负荷已经达到在网功率的90%时，进行自动分级卸载辅助设备。电网允许最大在网发电机数不超4台（可以短時5台并联运行），且在自动控制模式下，不出现单电站3台发电机长期并联供电的情况。
4.2 自动保护功能
PMS主要实现柴油发电机组和船舶电网参数的监测、发电机组运行管理的同步控制及负荷分配与转移。PMS 在运行管理过程中，采集了发电机的电压、电流信号以及电站汇流排的电压信号，系统需要的其他参数则是通过PMS计算程序计算得到。
控制系统经过参数的设置、采集和计算，可以实现对机组的保护与同步合闸控制。机组的控制功能和保护功能由PMS程序控制实现。通过把采集到的参数（或计算得到的参数）与设定值进行比较，若参数超出设定范围，则发出相应的控制和保护信号，从而使系统更加稳定可靠。
为保证船舶电网供电的连续性和可靠性，控制系统可以实现备用机组的控制启动，在以下任一情况下，发电机组将会被PLC启动：1）主电网突然失电；2）在网运行机组出现过载，当单机负荷超过柴油机额定值的85%且持续30s；3）重载询问时在网运行的机组功率不足；4）在网运行的发电机组出现电压/频率异常。多机组在网运行时，若有机组出现故障，PLC会先启动分级卸载程序，卸载后PLC启动PMS的P/F控制，而后由PMS控制故障机组负荷转移；若机组单机功率低于其额定功率的30%，PLC将根据备机顺序决定解列备机优先级最高的机组（最早入网的）而后通知PMS负荷转移。被解列机组负荷为其额定功率的5%时，PLC控制其分闸。机组从电网解列后，若机组存在故障，则PLC立即控制其停机；若无故障，其主开关处于分闸状态且连续5min无合闸信号，PLC将控制其自动停机。
4.3 应急起停功能
在应急配电板中安装了一个PLC采集模块，用于采集应急配电板中跨接开关和主开关的合闸状态。通常情况下，应急配电板通过联络开关由主配电板供电。在主汇流排失电的情况下，应急配电板联络开关应自动断开。如果主配电板中的备用主发电机组仍没有向主汇流排供电，应急发电机在45s内将自动启动并合闸向应急配电板供电。当主汇流排恢复供电时，应急发电机分闸，同时应急配电板与主配电板之间的联络开关自动合闸。5min后，若供电稳定，应急发电机将自动停车。
5.结论
综上所述，船舶电站控制技术水平的高低关系到船舶电站的安全运行以及船舶供电的可靠性和稳定性。因此，需要积极探索船舶电站的控制技术，提高船舶电站控制的自动化水平，从而确保船舶的安全运行。本文介绍了船舶电站PLC/PMS网络控制技术，该技术具有良好的安全性和可靠性，可在船舶电站中推广应用。
参考文献：
[1]船舶电站功率自动控制系统的设计[J].康小伟.科技与创新.2016（12）
[2]船舶电站功率管理系统（PMS）的软件设计[J].李金成，周泊龙，孙中岳，薛彩霞.电子设计工程.2016（23）